慧眼看钢铁丨钢铁工业全流程各环节节能和超值利用潜力分析——以邢台某钢铁厂为例

编辑:冶金材料设备网
发布时间:2017-08-22
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钢铁企业的效益,就是把采购上来的铁原料通过烧结机、竖炉、高炉、转炉、轧机等工艺设备,分别加工成烧结矿、球团矿、生铁、钢坯、钢材等中间产品和终端产品,再通过外销取得的综合差价,也可以说是取得的加工费用,称之为钢铁企业的直接利润。这种直接利润受市场行情影响比较大,也可以说是不可控的。


但是,在钢铁联合企业的全流程生产过程中,在烧结、高炉、炼钢、轧钢各工序还存在几种附属产品,如:烧结的余热、高炉的余压、煤气和水渣;炼钢的煤气、余热、钢渣;轧钢的余热等,综合回收好了,可产生不错的效益!而且这种效益不管市场行情如何,只要企业还在生产,这种效益是踏踏实实的存在,是固定不变的,也不会受市场行情的波动产生影响。特别是在市场行情低迷的情况下,那个企业在这方面做的好(设备配置的好),就可以立于不败之地,或者说是比其他企业亏得少。


下面从几个主要方面分别阐述一下各自的效益:


以下计算按照某钢铁厂项目新生产线装备配置的标配产量计算,并且各厂产量和各种介质的回收按照“就小不就大”的原则进行计算,烧结5300t,高炉炼铁3100t,炼钢3100t,轧钢3100t(不考虑钢铁料消耗和成材率)。而各种介质在各生产环节上的自用,按照“就大不就小”的原则进行计算。


一、煤气发电


1、煤气发生量


【1】高炉煤气发生量:


高炉在冶炼过程中,需要加入一定比例的焦炭和煤粉等燃料,通过这些燃料的燃烧,去熔化铁矿石等原料,并产生大量的co、H2等还原性气体来还原铁原料中的氧化铁,从而达到把铁原料中的铁给还原出来。在这个过程中,会富余大量的co,也就是我们所说的煤气。


这些富余下来的煤气,除了提供钢铁企业其它工序的热能以外,还会剩余一部分,可用来发电。发出的电,又可以抵扣钢铁企业从电网上所用的电能。从而降低钢铁企业的制造费用,间接的增加了钢铁企业的利润,也就是本篇文章所分析的附加利润或附属产品的利润。


理论上讲,吨铁最多可以产生1750m3的煤气。但是,根据钢铁企业所用燃料质量不同、炉子大小不同、装备选型不同、风机配备大小不同、以及企业采购的原料不同、工长操作水平高低,都会影响煤气的回收率。根据经验和“就小不就大”的保守计算方法,在此我们暂定为1600m3/t铁。


【2】转炉煤气发生量:


转炉煤气发生量按照Co含量的不同,理论上为70~140m3/t钢。在此折中,或者按烤包使用方便考虑,按吨钢回收80m3计算(Co的浓度比较高,热值约为高炉煤气的两倍)。


由于高炉煤气和转炉煤气热值不同,折算为高炉煤气为80×1400/750=150m3/t钢(铁)。


综上所述,吨铁煤气发生量:【1】+【2】=1600+150=1750m3/t铁。


2、各工序使用量:(与回收相反,使用量按照“就大不就小”的原则计算)


①高炉热风炉自用,理论上使用煤气发生量的40%,(热风炉按三个计算,一烧、一送、一保温):1600×40%=640m3/t铁。


②烧结点火使用量,理论上吨矿60m3。折算到铁,入炉矿品位按57%,矿比为1.75,烧结矿返粉按12%,则吨铁(矿)消耗为1.75×60/(1-12%)=120m3/t铁。


③白灰使用量,理论上吨灰使用1600m3,(龙海白灰300t)。则吨铁消耗为1600×300/3100=155m3。


④轧钢加热炉使用量,热送:150~200m3,取大值200m3/t钢;冷送:360~430m3,取大值430m3/t钢;在此按热送200m3/t钢计算。


⑤烤铁包使用量,按某钢铁厂新线估算120m3/t铁计算。


⑥喷煤使用量,按某钢铁厂新线估算40m3/t铁计算。


⑦炼钢自用(烤大包、中包等)约40m3/t转炉煤气,因此外送煤气折成高炉煤气75m3/t铁。


各工序使用量:①+②+③+④+⑤+⑥+⑦=1350m3/t铁。


3、吨铁煤气富余量:


1750—1350=400m3/t。


4、普通发电机组


理论上4m3煤气发一度电,实际生产中需要4.2m3煤气发一度电。那么,富余的400m3煤气吨铁可发电为:400/4.2=95KWH。


综上所述,某钢铁厂项目老生产线三座350m3小高炉产量按3150t计算,富余煤气每小时可发电95×3150/24=12468.75KWH。也就是说,可配套一座1.2万KW的电厂。


新生产线一座880m3产量与老生产线相同,也可以配套一座1.2万KW的电厂。


某钢铁厂项目如果一条生产线生产,产能120万吨,那么一年仅煤气回收一项,产生的效益可达120万×95KWH×0.6元/KWH=6240万元。


折合到吨铁:95KWH×0.6元/KWH=57元/t


如果老生产线的三座小高炉置换成一座1260m3(我们可以参照成熟炉型,建一座1296m3的高炉,日产量可达4200吨以上)产量按4000吨计算,产能为140万吨,再加上880m3高炉的产能120万吨。那么煤气发电可产生的效益为(120+140)×95×0.6=14820万元,约为1.5亿元。


三座小高炉置换成一座大高炉,两条生产线生产,产能提高后可建一座超高温、超高压的发电机组,因为这种机组与普通机组相比,每度电可节省一立方煤气,从而可以多发电,多产生效益。吨铁还按富余400m3煤气计算,吨铁可发电400/3.2=125KWH。


两条生产线产能还按260万吨计算,那么一年煤气发电产生的效益为260万×125KWH×0.6元=19500万元。


潜力: 我们可以算一笔帐:如果发电的话,收益是1.95亿元。倘若剩余的10亿方煤气全部用来生产化工产品,比如乙二醇,可生产131万吨(仅按煤气量计算,当然还要加氢),有专家测算:年产10万吨乙二醇,按市场价7000元计,扣除发电后年利润为2.5亿元。由此可见,剩余煤气当作化工原料气,潜力巨大。


二、高炉喷煤由洗精煤改为全烟煤


由于洗精煤和烟煤的价格在市场上最少相差100—200元/t,而且精煤和烟煤在高炉使用上的效果相差不是很大,如果高炉喷煤由精煤改为全烟煤的话,一年下来可节省大量的费用,从而产生不错的额外效益。


从武安现有的十六家钢铁企业来说,由于高炉建设的比较早,当时的喷煤设备和工艺技术还达不到使用全烟煤的水平。不过武安的大部分企业已经发现了这种潜在的利润点,在生产过程中已经尝试着添加一部分烟煤,但最多配比不超过30%(烟煤中挥发分过高,配比太高容易发生爆炸等安全事故)。


随着喷煤技术的发展,武安(目前武安鑫汇的1080m3、裕华的6#、7#高炉和明芳的一座高炉等几座高炉也改为全烟煤设计的喷煤)和全国各地在最近几年新上的高炉,已经采用了这种全烟煤的技术和设备。


以邢台某钢铁厂项目一条生产线测算,吨铁按160Kg计算,那么一年可节省:120万×0.160t×100元=2000万元。


折合到吨铁:0.16t/t×100元/t=16元/t


潜力:最近中钢研与邢钢签定了低碳富氢炼钢协议,主要是焦炉煤气喷吹炼钢。利用焦炉煤气中的氢气炼钢,最重要的环保意义是超低排放。同时,大幅度降低了焦炭消耗。

三、烧结余热回收


烧结的余热回收可分为两种模式:一是把烧结矿(和大烟道)中的热量在环冷(带冷)机上回收,通过锅炉产生蒸气,送到发电机组直接转换为电能;二是产生蒸气后不用送到发电机组,而是直接送到主抽风机的SHRT(汽拖)设备上,给主抽风机以辅助动能,从而达到节省电能的目的。


这两种方式在现实生产中都可利用,为了达到更好的回收目的,好多厂家往往两种方式共同使用。


两种方式的比较:


第一种方式可以把炼钢转炉和轧钢加热炉产生的蒸气通过发电锅炉重新加热,产生更多的蒸气,通过发电机组产生更多的电能。


第二种方式可以更好的回收大烟道中的热能,并且不用投资建设发电机组,节省大量资金(SHRT的投资远远小于发电机组的投资,而且基本上不占用场地。),也利于设备的维护和使用。


产生的效益:


目前的烧结余热回收厂家的技术,理论上吨矿可回收18KWH,扣除回收设备的自用,实际上可回收13、14KWH。

龙海新烧结产量按5300t计算,14×5300/24=3100KWH。也就是说每小时可发电3100度,3100×0.6=1860元。

一年产生的效益为14×5300×0.6×360=1600万元。

折合到吨铁14KWH×0.6元/KWH×(1/【1—12%】)×1.75矿比×0.85配比=14.2元/t。


烧结的余热回收目前又有了一种新技术,称之为竖冷窑余热发电,这种技术最大限度的回收了烧结矿的余热,防止了热量的流失。此竖冷窑技术已在天津天丰钢铁和南部一钢铁企业320m2的烧结机上运行试验了好几年,特别是在南部的这家钢铁企业运行试验的非常好,据说吨矿可回收20~30KWH的电。


潜力:参照本自媒体相关文章


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四、高炉炉顶煤气的余压回收


高炉煤气余压的回收可分为TRT和BPRT,它们回收的效果基本相同。只是前者需要建设一座发电机组,并且需要建设厂房等配套设施,占地面积也比较大。而后者与前者相比,则克服了前者的劣势,直接建在风机厂房与风机相联即可,并且相对前者来说投资还少。


同样一座高炉,由于顶压不同,煤气流量、温度的不同,煤气除尘效果的不同,以及高炉操作水平的不同,高炉稳定顺行状况的不同,都会影响吨铁的发电量。因此,根据各钢铁企业的实际情况,高炉余压吨铁的发电量在20~40KWH之间。在此,我们暂且定为吨铁发电量为30KWH。


还以某钢厂为例,880m3高炉产量以3100计算,余压发电每小时为30×3100/24=3900KW。

单炉一年产生的效益为:30KWH/t×120万吨t×0.6元/KWH=2160万元。


五、钢铁工业固体废弃物


1、水渣


水渣和煤气是高炉冶炼最主要的两种附属产品,一般情况下,钢铁企业把高炉生产的水渣直接进行外卖,回收一部分资金,从而冲减高炉的炼制成本。

水渣的产量根据高炉用料好坏的不同,吨铁产量水渣的产量也不一样,一般情况下是吨铁的40%。

还以某钢厂为例,一座880m3,产能按120万吨计算,那么水渣的直接效益为120万吨×40%×60元(2017年3月份水渣的价格)=2880万元。

吨铁成本水渣可冲减1×40%×60=24元。

另外,有的钢铁企业把水渣进行烘干后,磨成超细粉,卖给搅拌站直接代替部分水泥使用,它利润折算到吨铁在30~60元之间。

特别是今年水泥的价格比往年翻番的情况下,效益更是可观。


潜力:高炉渣显热利用是钢铁企业最后一个没有被高效利用的能源,国内科研单位正在攻关。高炉渣显热化学吸收利用很可能在天然气吸收利用方面率先取得突破,并最终改变钢铁企业单一钢铁产品的格局。


2、钢渣


炼钢生产出来的钢渣,经过钢渣场破碎、筛分、磁选后,选出的废钢和含铁料给炼钢和烧结使用,剩余的废渣则直接外卖,价格大约在10~30元/t之间,在此按照钢铁企业的平均价格20元/t计算。

炼钢吨钢产渣约300Kg,按120万吨产能计算,废渣可冲减成本为120万吨×0.3t×20元=720万元。

另外,随着前年河南一养老院失火,烧死十几个老人后,国家出台政策,用彩钢瓦建房,不准再用夹泡沫的彩钢瓦建设,只能用夹具有阻燃、保温性能的岩棉的彩钢瓦建设。因此,在全国各地,特别是在武安地区钢渣棉厂如“雨后春笋”般地建设起来,如裕华在建的武安最大的岩棉厂。

而生产岩棉最主要的材料就是炼钢的废渣和炼铁的旱渣,它的效益也是非常的可观。


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3、高炉的布袋、电除尘灰


高炉的这种除尘灰,由于里面含铁和含碳只有百分之十几,而且含有的有害元素非常的多,已经没有回收的价值,大部分企业选择外卖,而且价格还非常的低,有时候还赔钱让人往外拉,可谓得不偿失。


有的企业则从中提出氧化锌来,还有它的附属产品45个品位左右的烧结矿,一年的效益也有500~1000万元左右。但是,建这种厂有两个前提条件,一是除尘灰月产量要达到3000吨以上(目前龙海单线生产还达不到这个条件),二是高炉所用原料含Zn量达到一定的比例。


4、烧结的机头、机尾除尘灰


烧结所用原料中除含铁外,还含有少量的贵金属,如金、银等,当然还含有大量的有害元素。


大部分企业把这种除尘灰,重新进行配料,参与烧结的再生产。这无疑是把低铁料、高有害元素的除尘灰往复的添加到烧结矿中循环使用,对烧结矿的质量和高炉的操作、使用寿命产生影响。

烧结除尘灰除了从中提炼出氯化银外,还可以提炼出铁粉供烧结使用。这种提炼设备投资不高,约在一百万元左右,而它产生的效益一年约在1000万元左右。

建厂条件,烧结除尘灰的月产量在1000吨左右。

综上所述,按某钢铁厂一条生产线生产从上面几个大项上计算,吨铁产生的效益分别为:


(1)煤气:95KWH/t×0.6元/KWH=57元/t。

(2)喷煤全烟煤喷煤:0.16t/t×100元/t=16元/t。

(3)烧结余热:14KWH/t×0.6元/KWH×1.75×0.85/(1—12%)t=14元/t

(4)高炉煤气余压:按30元/t

(5)水渣:按直接外卖,且不做深加工计算,而且不按现在的市场行情60元/t计算,在此斩定为30元/t。

折合到吨铁为30元/t×40%=12元/t。

(6)废钢渣:按20元/t。


折合到吨铁为20元/t×30%=6元/t。

那么,(1)+(2)+(3)+(4)+(5)+(6)=57+16+14+30+12+6=135元/t。也就是说钢铁企业在生产过程中,吨铁(钢)除了取得的正常利润外,吨铁(钢)产生的附属产品,只要投资到位,选型合适,吨铁(钢)还可最少取得135元的额外利润!


综上所述:某钢铁厂一条生产线,产能按照120万吨计算,附属产品一年的利润为:120万t×135元/t=16200万元。

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